關於STM32的I2C硬件DMA實現

 

 

網上看到很多說STM32的I2C很難用，但我覺得還是理解上的問題，STM32的I2C確實很復雜，但只要基礎牢靠，並沒有想象中的那么困難。

那么就先從基礎說起，只說關鍵點，不涉及代碼。

首先說I2C這個協議：協議包括START、ACK、NACK、STOP。盡管協議中規定START必須，其他幾個非必須，但實際上其他三個仍舊非常重要。

主發從收：主 START -> 主發地址 -> 從 ACK -> (主發數據 -> 從 ACK (循環)) -> 主 STOP 或 主 START 啟動下一次傳輸

這一過程中，主控SCL線，從只在ACK時控SDA線，其他時刻主控SDA線。

主收從發：主 START -> 從發地址 -> 主 ACK -> (從發數據 -> 主ACK (循環)) -> 接受至最后一個字節時，主 NACK -> 主 STOP 或 主 START 啟動下一次傳輸

在這一過程中，主 START、主 ACK 時，主控總線；從發ACK時，主控SCL線，從控SDA線；在主接受數據時，雖然由主設備產生時鍾，但從設備在數據未准備好時，拉低SCL線，這樣主設備可知從設備未發送數據，從設備在數據准備好，可以發送的時候，停止拉低SCL線，這時候才開始真正的數據傳輸，換句話說，雖然時鍾是由住設備產生，但在總線上未必就有時鍾存在，這期間可以看做是從設備在控總線；當發送到最后一字節的時候，主設備發送NACK，從設備接受后，放棄對總線的控制。

STOP在單主環境下非必要，但在多主環境就非常必要，主控總線的設備發送STOP后，通知總線其他設備總線已經閑置。

以前的老器件很容易導致總線死鎖，但現在的產品很多都帶有超時機制，所以總線被鎖的情況基本不怎么存在了。

下面要說的是STM32的寄存器，狀態寄存器有兩個，事件、錯誤狀態一堆，看起來確實都算是有用，但實際使用的時候未必都要用到，還是要看情況，那么狀態寄存器的清除就是個問題，有兩個方法，一個是PE位禁止，不過除非在通訊結束，否則會擾亂總線上的電平，后果未知，爭取的方法是：對於普通事件，先讀SR1，再讀SR2，如果是錯誤，那么就要再增加一個將SR1寫 0 。想簡單的話，那就用一個32位無符號整形，先讀SR1，然后或上SR2左移16，再將SR1寫 0，最后用這個變量和ST公司提供那個庫中的狀態比對就行了。

STM32的I2C和其他模塊有些不同，其他模塊完全可以交給DMA控制器，但I2C不行，必須結合中斷或者IO方式，不建議IO方式，得等，萬一出點岔子，被狗咬就麻煩了，所以最佳方式是結合中斷。

主發時：PE位使能，PE位必須先使能，否則你操作不了其他位，然后使能ACK位，ITEVTEN位，DMA位，使能START位(這幾個位可以同時置)，然后進入事件中斷，判斷 I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT ，將從地址寫入 DR 寄存器，這里需要注意一點，就是從設備應答后，如果主設備不讀狀態寄存器，那么主設備就不會繼續發送時鍾來傳輸數據！這時候就體現出使用中斷方式的另外一個好處，每次進中斷的時候狀態寄存器都要被讀一下，不符合處理條件的你可以不管，但模塊操作可以正確進行下去。數據開始傳輸時，控制就基本完全交給DMA控制器了，這時候一般也不會有什么狀態中斷產生，當然也不是絕對沒有，有可能會有錯誤中斷，也可能會由於MCU過忙產生事件中斷，但這個事件一般影響不大，出錯的時候你可能要處理一下。當數據傳輸完成后，會產生一個 I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED，注意這個不是只在數據傳輸完成才有！如果MCU過忙，DMA在I2C傳輸完上一個數據時，沒能將下一個數據送到I2C，也會產生，這個事件只代表I2C位移寄存器內的數據被傳完，而DR寄存器又沒有被寫入新的數據！所以，在這個狀態產生的時候，要判斷一下DMA的CNDTR寄存器，這是個遞減的，如果是 0 ，那么就代表完成，可以去掉I2C的ACK位，使能STOP；或者是START進入下一輪數據傳輸。當然你不管也行，單主控下這不是必須的。

主收時：前面和主發時一樣，但有一點要特別注意，那就是主控寄存器的LAST位，這個我在ST的庫中沒找到設置的函數，也可能是我沒看仔細，反正我都是直接寄存器操作，不用庫，除非是庫中一些現成的狀態可以用一下。這個位很重要，如果你只是一輪DMA傳輸，那么這個必須被置位，因為傳輸到最后一個字節的時候，主控需要發出NACK而不是ACK來通知從設備釋放對總線的控制！LAST位就是做這個用的。主收的時候，傳輸完成就不是依靠I2C的事件中斷來判斷了，這個要通過DMA的IT_TC來完成，DMA中斷產生后，做一下結束處理工作，最后別忘了清DMA的中斷標志，不然會死循環在里面。

從發和從收這次就先不寫了，相對簡單一些，而且我感覺用的一般也不多吧，等有時間下次再寫，另外再說一下，采用這種DMA+中斷的方式，可以不去處理錯誤，操作開始的時候置一個標志，結束的時候清標注，在主程序中判斷，如果超過一定時間標志還在那，那么就要考慮重置I2C了，一方面是錯誤狀態太多……我真的判斷不過來，也可能我比較懶吧，都給統一處理了。還有一個建議就是盡量采用STM32的硬件位域操作，因為一方面你有些操作要在主程序里，一些操作要在中斷里，通常的讀再寫可能會導致錯亂，位域操作就不會，即使不錯亂，如果總線上產生錯誤，那么在操作某些位的時候會卡死在那，位域操作也不會卡死。

附一個位域操作宏

#define BITBAND_ADDRESS(x) (((x) & 0xF0000000) + 0x02000000 + (((x) & 0xFFFFF) << 5))
#define BITBAND(x,bit) (*(volatile uint32_t*)(BITBAND_ADDRESS((uint32_t)&(x)) + ((bit) << 2)))

使用 BITBAND(x,bit)，x 代表 寄存器，bit 代表是操作哪個位。單獨的一個位會被展開成一個32位整形，當然，你只能寫 1 或 0